Hoogbouw langs de Zuidas Amsterdam vraagt diepe bouwkuipen langs vitale infrastructuur. Geotechniek & Ondergronds Bouwen

Transcriptie

1 Geotechniek & Ondergronds Bouwen Luchtfoto Zuidas (Foto: John Gundlach Flying Holland) Hoogbouw langs de Zuidas Amsterdam vraagt diepe bouwkuipen langs vitale infrastructuur Aan de Amsterdamse Zuidas wordt momenteel volop gebouwd aan een aantal prestigieuze hoogbouwprojecten die zich allen kenmerken door diepe bouwkuipen (vlak) langs vitale infrastructuur. Bij onder andere de nieuwbouw en uitbreiding van het Atrium, de Tweeling, het WTC, The Valley, Suitsupply, het European Medicine Agency (EMA), het nieuwe Gerechtsgebouw (NACH) en het RAI Hotel zijn of worden nog damwanden en verankeringen vlak langs of onder de Rijksweg A10, metrotunnel Noord/Zuidlijn, kabels- en leidingen en trambanen van het GVB aangebracht. Vervolgens wordt diep ontgraven, droog of in den natte. De omgevingsbeïnvloeding die hierbij optreedt, vraagt speciale aandacht met betrekking tot het ontwerp, monitoring en uitvoeringsbegeleiding van deze bouwkuipen. In dit artikel worden een aantal illustratieve voorbeelden gegeven van hoe met een combinatie van risico beheerst ontwerp, proactieve monitoring en bijzondere uitvoeringsmethoden de omgevingsbeïnvloeding tot een minimum is of nog kan worden beperkt. 2

2 Langs de Amsterdamse Zuidas staat de komende jaren een groot aantal werkzaamheden op stapel, met als summum natuurlijk de uitvoering van het Zuidasdok, waarbij de A10 Zuid tussen de knooppunten De Nieuwe Meer en Amstel verbreed wordt van vier naar zes rijstroken en in het hart van Zuidas onder de grond verdwijnt. Langs dit traject bevinden zich een groot aantal locaties waar in de periode voorafgaand aan en tijdens de realisatie van het Zuidasdok grootschalige ver- of nieuwbouw plaatsvindt. Het betreft hier prestigieuze hoogbouwprojecten, vaak met meerlaags ondergrondse parkeergarages. Bij de realisatie van deze projecten komen specifieke grootstedelijke uitdagingen op het gebied van omgevings beïnvloeding aan bod. Zo bevinden zich naast de bouwlocaties onder andere (grote diameter) water- en gasleidingen, trambanen, metrotunnels, de Rijksweg A10, diverse viaducten en last but not least de bestaande belendende hoogbouw. Ook vinden rondom Station Amsterdam Zuid grootschalige passagiersbewegingen plaats en wordt in het gebied gewerkt met zeer gevoelige computerapparatuur. Niet alleen ten aanzien van schade maar ook met betrekking tot (geluids)overlast worden dan ook zeer specifieke eisen gesteld. Omgevingsbeïnvloeding In Civiele Techniek nr werd reeds uitvoerig ingegaan op de specifieke eisen om ondergrondse parkeergarages zonder brokken te kunnen realiseren en dat met name hoe vanuit het perspectief van omgevingsbeïnvloeding een risicoanalyse - en aan de hand daarvan - een optimaal ontwerp kan worden gemaakt. Onder omgevingsbeïnvloeding wordt hier verstaan de bij bouwwerkzaamheden optredende grondvervormingen, grondwaterstandsveranderingen, trillingen en/of geluidsoverlast in de omgeving. Negatieve gevolgen van deze omgevingsbeïnvloeding kunnen zowel maatschappelijk (vooraf geen acceptatie van- of stilleggen tijdens het project) als financieel (vertraging, budgetoverschrijding, schadeclaims) een bepalende rol in het project spelen. Omgevingsbeïnvloeding vormt bij de hier behandelde bouwprojecten een cruciale ontwerprandvoorwaarde en is in combinatie met bewaking door middel van monitoring tijdens de uitvoering steeds voorwaardelijk voor de risicobeheersing van deze projecten. De aangehouden ontwerpfilosofie is hierbij steeds geweest: - Inventarisatie van de belendingen (type, staat, gebruiksvoorwaarden); - Gebruik van state-of-the-art rekenmodellen voor het maken van predicties (voorspellingen) van trillingsintensiteiten, verplaatsingen, grondwaterstanden en geluidsniveaus; - Toetsing van de predicties aan de vigerende eisen, normen en richtlijnen; - Fine tuning van het ontwerp en preventieve, mitigerende maatregelen om tot het meest economisch ontwerp te komen; - Vooraf (tijdens ontwerp) inventariseren van mogelijke correctieve, mitigerende maatregelen voor het geval de resultaten in de praktijk tegenvallen ten opzichte van de voorspellingen; - Opstellen monitoringsplan ter bewaking van het maatgevende ontwerp en de hiervoor uit te voeren werkzaamheden; - Communicatie uit te voeren werkzaamheden met de omgeving (stakeholders), bevoegd gezag en zo nodig betrokken verzekeraars; - Uitvoering van het project, waarbij strikte (en dus tijdige) bewaking van in het monitoringplan opgenomen alarm- en grenswaarden een cruciale rol speelt. Voor een viertal projecten wordt hieronder aan de hand van kenmerkende voorbeelden aangegeven hoe omgevings beïnvloeding een belangrijke rol heeft gespeeld. Atrium Bij de uitbreiding van het Atrium is een gefaseerde bouwkuip gerealiseerd voor een tweelaags parkeergarage en het aanbrengen van de fundering voor twee nieuwe torens van negen en vijftien verdiepingen hoog ( m 2 ). Door de aanwezigheid van een in bedrijf zijnde grote diameter waterleiding en de wens de bovengrondse parkeergarage van de bestaande drie torens in bedrijf te houden tot het moment van voltooiing van nieuwe parkeergarage, moest de bouwkuip met een relatief complexe fasering worden aangelegd. Daarnaast bevonden zich langs de bouwkuip onder andere de serverruimtes van een beurshandelaar, viaducten van de gemeente Amsterdam, een trambaan van het GVB en de belendende Tweeling toren (ook wel bekend als de Akzo- en Stibbetorens, die nu worden getransformeerd). Tijdens de bouw deden zich een aantal complicerende factoren in de uitvoering voor ten gevolge van obstakels. 3

3 NACH Atrium Aanbrengen TAMs Bovenaanzicht en doorsneden compensation grouting trambaan GVB. Project: Atrium het nemen van extra maatregelen in de bouwkuip (stempeling) is de bouwkuip, in overleg met de gemeente Amsterdam, ook daar uiteindelijk succesvol gerealiseerd. Artist impression Omdat bijvoorbeeld bij de keerwand aan de Strawinskylaan en het viaduct ter plaatse de damwanden niet op diepte konden worden gebracht werden de damwanden aan de bovenzijde afgebrand en werd aan de onderkant een oplossing bedacht op basis van bodeminjectie om de bouwkuip alsnog sluitend te krijgen. Het naastgelegen viaduct heeft om uitvoeringstechnische redenen ook teveel vervorming ondergaan, waarna preventief vijzels 4 zijn geplaatst. Onder intensieve monitoring en na Daarnaast was op basis van de 3D Plaxis berekeningen op voorhand al voorzien dat, ondanks de relatief zeer stijve damwand en stempeling, de trambaan van het GVB mogelijk te veel zou vervormen. Vooraf zijn daarom reeds tubes-à-manchette (TAMs) aangebracht onder de trambaan aan de Parnassusweg. High 5 Solutions heeft hier na intensieve engineering en begeleiding door CRUX en in nauw overleg met het GVB de tramrails op een acceptabele (verschil)vervorming kunnen houden. Het project is inmiddels succesvol afgerond en parkeergarage en gebouw zijn in gebruik.

4 Atrium was een ontwikkeling van G&S Vastgoed en de realisatie was in handen van Bouwcombinatie Dura-De Nijs. Gerechtsgebouw - New Amsterdam Court House (NACH) Het programma voor de nieuwe rechtbank bestaat uit m² kantoren, zittingszalen, verhoorkamers en gehechtengebied, exclusief parkeren. Tijdens de sloop en nieuwbouw wordt gebruik gemaakt van een tijdelijke rechtbank. De huidige bebouwing, waaronder de parkeerkelder, is gesloopt om vervolgens twee bouwlagen ondergronds en tien lagen hoogbouw te realiseren. De kelder wordt gebouwd binnen een verankerde damwandkuip, waarbij filterbemaling gecombineerd met deepwells voor de benodigde waterstandsverlagingen in de kuip zorgen. Belangrijke aandachtspunten in de analytische en numerieke berekeningen met Plaxis waren hier de toelaatbare horizontale en verticale vervormingen van de onderdoorgang bij de Parnassusweg, de verhoogde ligging van de tram langs de bestaande (oorspronkelijk niet verankerde) keerwand Parnassusweg, kabels en leidingen naast de kuip en de fasering en verankering van de kuip aan de zijde van de A10. Dit laatste aspect is zeer belangrijk, omdat naast de nu te realiseren parkeergarage het dok van de Zuidas gebouwd moet worden. Omdat stempeling gezien de afmeting van de kuip zeer onpraktisch was, maar alleen verankering mocht worden gebruikt wanneer deze geheel zou worden verwijderd, is gekozen voor het sonisch verwijderen van de groutankers. Hierbij worden, nadat de ankers hun functie verliezen deze ontspannen door de ankers met behulp van een hydraulische vijzel te ontspannen, de kopplaat los te branden of op een andere manier het anker te lossen. Vervolgens wordt een sonische boormachine aan het anker gekoppeld en een trilling van circa 150 Hz in het anker gebracht. Deze ultrahoogfrequente trilling zorgt ervoor dat de ankerbuis in resonantie gebracht wordt en zich van het in de grond gevormde groutlichaam lost. Zo kan deze draaiend en onder sonische trilling uit de grond getrokken worden. Omdat de boorkop mee omhoog komt, gaat deze als het ware als een kloofbijl door het groutlichaam heen. Hierdoor verpulverd het gehele groutlichaam en resteert slechts de vermorzelde grout. De methode van sonisch verwijderen is, in tegenstelling tot bijvoorbeeld ploffen, een trillingsarme techniek waarbij het gehele stalen element (bijvoorbeeld buis) inclusief boorkop verwijderd wordt, terwijl bij het ploffen een deel van de buis/stang/ streng in het groutlichaam achterblijft. Toekomstig heiwerk wordt zo niet belemmerd. De nieuwe rechtbank wordt ontworpen, gerealiseerd en beheerd via een Publiek Private Samenwerking in opdracht van het Rijksvastgoedbedrijf. Consortium NACH (New Amsterdam Court House) tekent voor ontwerp, bouw, financiering, onderhoud en exploitatie. NACH is een samenwerking tussen Macquarie Capital, ABT, DVP en KAAN, Heijmans en Facilicom. De bouwkuip en constructie tot maaiveldniveau wordt door De Nijs gerealiseerd. Bovenaanzicht bouwkuip en principedoorsnede Plaxis verankering onder A10. Project: NACH Artist impression 5

5 RAI Hotel Met 650 kamers en m 2 wordt Nhow Amsterdam RAI het grootste hotel van de Benelux. De 91 m hoge hoteltoren met 25 verdiepingen, bestaand uit grote blokken die ten opzichte van elkaar zijn gedraaid is een ontwerp van Rem Koolhaas (OMA). Het beheersen en mitigeren van omgevingsbeïnvloeding is voor dit project een essentieel onderdeel, omdat het RAI Hotel wordt gebouwd in de driehoek die begrensd wordt door de Europaboulevard, de ringweg A10 en het Amsterdam RAI complex. Binnen dit gebied ligt aan de westzijde van het hotel ook de metrotunnel van de Noord/Zuidlijn die de verbinding vormt tussen het Europaplein en Station Zuid. De tunnel mocht niet of nauwelijks beïnvloed worden als gevolg van de bouw van het hotel en was daarom de meest bepalende omgevingsfactor in het ontwerp. De twee ondergrondse lagen van het hotel zijn uitgevoerd binnen een stalen damwandkuip, waarbij de damwanden aan de zijde van de metrotunnel zo kort mogelijk zijn gehouden en onder een schoorstand van (10:1) statisch zijn gedrukt. De installatie-invloed is, gezien de afstand van slechts 1 m, door middel van een proef op het werk nauwlettend bewaakt en beheerst. Langs de metrotunnel blijven de damwanden na realisatie in de grond achter. Om de omgevingsinvloed van de diepe bouwkuipontgraving vooraf inzichtelijk te maken zijn in het ontwerp van de bouwkuipberekeningen uitgevoerd met zowel D-Sheet Piling als Plaxis 2D. Verankering was door de aanwezigheid van de metrotunnel lokaal niet mogelijk. De vervorming van de damwand is daarom beperkt door het toepassen van twee stempellagen (met voorspanning). Vanwege de complexe geometrie van de bouwkuip, de combinatie van zowel stempels als ankers en een variërend maaiveld zijn in het ontwerp meerdere iteraties uitgevoerd tussen de raamwerkberekening van steunconstructies en de bouwkuipberekening met Plaxis om de vervormingen zo realistisch mogelijk in beeld te brengen. De uitkomst van het ontwerp en de risicoanalyses zijn vervolgens met verschillende stakeholders afgestemd en vertaald in een beheersmaatregelen- en monitoringsplan, dit laatste onder andere door het vaststellen van signaal- en interventiewaarden. Daarnaast is het (verschil) vervormingsgedrag van de funderingsconstructie van het hotel middels Plaxis 3D onderzocht en als uitgangspunt gebruikt voor het constructieve ontwerp. Tijdens de bouw zijn vooral de vervormingen aan de zijde van de metrotunnel minutieus gemonitord en is de vervorming van de damwand, en achterliggende paalfundering en tunneldek van de metro binnen de vooraf vastgestelde waarden gebleven. Inmiddels zijn de damwanden getrokken, ankers onder de A10 sonisch verwijderd en wordt gewerkt aan het bovengrondse deel van de nieuwbouw. De Noord/Zuidlijn is in juli 2018 officieel geopend. RAI Hotel is een ontwikkeling van COD Development Pioneers, de realisatie is in handen van Pleijsier Bouw. Bovenaanzicht en doorsneden Plaxis en artist impression. Project: RAI Hotel 6

6 Impressie Plaxis 3D model inclusief ontgraving bouwkuip (boven) en modellering palen (onder). Project: Valley Valley Bij het project Valley introduceert architect Winy Maas van MVRDV Architecten een nieuwe vorm van stadsleven, waar een duurzaam en gezonde gecreëerde omgeving samenkomen in een mixed-use gebouw (75.000m²) met een ondergrondse parkeergarage. Het gebouw heeft drie torens waarbij de hoogste toren ongeveer 100 m boven het maaiveld reikt. Het geotechnische ontwerp van de bouwkuip en fundering en de risicoanalyse omgevingsbeïnvloeding kenmerken zich door een complexe geometrie, waarbij het vervormingsgedrag van de funderingsconstructie is beschouwd middels Plaxis 3D berekeningen. Zo is bijvoorbeeld de circa 12 m diepe damwandkuip met onderwaterbeton aan de zijde van A10 gestempeld uitgevoerd en aan de overige zijdes voorzien van sonisch verwijderbare groutankers, met als gevolg dat de dam wanden horizontaal in het vlak belast worden. In Plaxis 2D zijn daarnaast de grondvervormingen in de omgeving en krachtwerkingen in randpalen en palen van de buiten de bouwkuip gesitueerde kraanpoeren berekend. Door verscheidene significante ontwerpwijzigingen en versnellingsmaatregelen gedurende de uitvoering bestond de noodzaak om snel inzicht te krijgen in de gevolgen ervan op de geotechnische ontwerpen. De geavanceerde ontwerpmodellen hebben in dit geval als groot voordeel dat relatief snel kon worden berekend wat de daadwerkelijke consequenties waren en welke (on)mogelijkheden er waren om deze aanpassingen mogelijke te maken. Valley is een ontwikkeling van OVG Real Estate, de realisatie is in handen van Boele & van Eesteren en G&S Bouw. Artist impression Resumé Bovenstaande voorbeelden illustreren dat het mogelijk is om in een dichtbebouwde en kwetsbare stedelijk omgeving succesvol diepe bouwkuipen en funderingen te realiseren, zonder daarmee onacceptabele schade of overlast voor de belendingen en omwonenden te veroorzaken. Voorwaardelijk daarbij zijn een minutieus geotechnisch ontwerp inclusief risicoanalyse omgevingsbeïnvloeding, pro actieve monitoring tijdens de bouw en het vooraf inventariseren van mogelijke mitigerende maatregelen voor het geval de resultaten in de praktijk tegenvallen ten opzichte van de voorspellingen. Dr.ir. A.E.C. van der Stoel, ing. A.T. Balder, ir. G Meinhardt, CRUX Engineering; ir. D.J. Kluft, Van Rossum; ir. Y.M.J.J. Hollman, BouwRisk 7